Публикации

Перечень основных публикаций по ТВГ

1. Бодунов С.Б.Трехкомпонентный гироскопический блок на базе твердотельного волнового резонатора.
   База данных НТРР. – ИЛ №83–118–05.
2. Батов И.В., Бодунов Б.П., Данчевская М.Н., Лопатин В.М., Лунин Б.С., Филатов В.В., Шаталов М.Ю., Юрин В.Е. Прецессия упругих волн во вращающемся теле.
   Изв. АН СССР. МТТ. – 1992. – №4. – – с. 3 – 6.
3. Бодунов Б.П., Лопатин В.М., Лунин Б.С., Lynch, Voros A. Недорогой полусферический резонатор для малогабаритных ВТГ навигационных систем гражданского назначения.
   Сборник докладов Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам, 1995. – с. 89–92.
4. Ковшов Г.Н., Бодунов С.Б. Гироинклинометр для измерения при бурении.
   Совместная научная сессия Секции навигационных систем и их чувствительных элементов и С.-Петербургской секции прецизионной гироскопии по теме: «Скважинная навигация, инклинометрия и автоматизация.»: Тез. докл. – Гироскопия и навигация – 1999. – №. 3 . – с 75.
5. Bodunov B.P., Lopatin V.M., Bodunov S.B Kovshov G.N. Gyroinclinometer for surveying while the drilling process.
   Symposium Gyro Technology 1999, pp. 11.0– 11.9.
6. Бодунов Б.П., Бодунов С.Б. Особенности разработки ТВГ для применения в геофизике.
   Совместная научная сессия Секции навигационных систем и их чувствительных элементов и С.-Петербургской секции прецизионной гироскопии на тему «Волновой твердотельный гироскоп (ВТГ)»: Тез. докл. – Гироскопия и навигация. - 2001. - № 3 – с. 125 -126.
7. Бодунов Б.П., Бодунов С.Б., Лопатин В.М., Чупров В.П. Разработка и испытание волнового твердотельного гироскопа для использования в инклинометрической системе.
   VIII Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. – 2001. – с.60– 66.
8. Бодунов С.Б., Гинзбург Р.Е., Лысов А.Н. Применение кватернионов для определения угловых параметров скважины с помощью гироскопических инклинометров.
   Депонировано в ВИНИТИ 19.10.01 № 2188.- В2001. – М.: ВИНИТИ, 2001. – 5 с.
9. Бодунов С.Б., Гинзбург Р.Е., Лысов А.Н., Шерстобитова Н.А. Алгоритмы фильтрации выходной информации с чувствительных элементов гироскопических инклинометров.
   Депонировано в ВИНИТИ 19.10.01 №2189. – В2001. – М.: ВИНИТИ, 2001. – 9 с.
10. Бодунов С.Б., Шерстобитова Н.А. Программа обработки выходной информации чувствительных элементов с применением робастного метода Хубера.
    № ОФАП – 2116, № госрегистрации – 50200200501 от 22.08.2002.
11. Бодунов С.Б., Шерстобитова Н.А. Программа обработки выходной информации чувствительных элементов в реальном масштабе времени.
    № ОФАП – 2140, № госрегистрации – 50200200533 от 7.10.2002.
12. Бодунов С.Б. Математические модели и алгоритмы функционирования инклинометра забойной телеметрической системы: 
    Автореферат дис. канд. техн. наук. – М. 2004., – 20с.
13. Бодунов Б.П. Трехосный измеритель угловой скорости на базе твердотельного волнового гироскопа. II научно-техническая конференция в ФГУП "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" по теме: «Системы управления беспилотными космическими и атмосферными летательными аппаратами".»: Тез. докл. – 2012. – с 87.
14. Насыров Р.Ш., Бодунов Б.П., Зайнуллина Р.Т. "Способ создания особо чистой крупки кристобалита" 2018

"Трехосный измеритель угловой скорости на базе твердотельного волнового гироскопа"

Бодунов Богдан Павлович, генеральный директор ЗАО «НПП «МЕДИКОН», Миасс, Челябинская область, mdcn@medicon-miass.ru

ЗАО НПП МЕДИКОН, расположено в г. Миассе, Челябинской области. С момента основания , в 1991г. занимается разработкой твердотельного волнового гироскопа (ТВГ) и трехосных измерителей на его основе в рамках ОКР для различных областей применения.

С 2009г. выполняет разработку трехосного измерителя угловой скорости на базе ТВГ в интересах ОАО «ИСС». В основу разработки положен опыт создания малодинамичного ТВГ в режиме датчика угловой скорости для:

1) контроля траектории скважины,

2) измерения сейсмических волн в составе интерферометра (европейское гравитационное общество).

Механический датчик ТВГ выполнен на базе кварцевого полусферического резонатора Ø30 мм и имеет габаритные размеры Ø47 х 45 мм и массу 119 г. Конструктивные особенности используемых жестко соединенных между собой механических деталей гироскопа и их минимальное количество гарантируют высокую стойкость конструкции к ударам и вибрациям. Это обеспечивает ТВГ надежность и конкурентоспособность. Проверка вибро-ударопрочности конструкции резонатора и ТВГ проводилась на базе РФЯЦ-НИИЭФ.

Используемое кварцевое стекла обладает стойкостью к воздействию радиации. В 2012г. проведены лабораторно-отработочные испытания опытного образца на ЭРИ класса Industry. Фактические характеристики ТВБИС по результатам ЛОИ следующие:

– габаритные размеры 211х154х113 мм;

– масса 2400 г ;

– потребляемая мощность 11 Вт;

– динамический диапазон ±30°/с.

В состав трехосного измерителя входят: 3 независимых канала (ТВГ + плата управления) и плата связи. Используется мультиплексный канал обмена по ГОСТ Р 52070-2003 (Манчестер - II ).

Применение стойкой к радиации элементной базы на этапе КДИ привело к некоторому увеличению потребляемой мощности до 14Вт. Однако новая компоновка прибора ТВБИС имеет меньше габаритно-массовые характеристики, в частности, масса прибора не превышает 2000 г, что удовлетворяет требованиям перспективных космических аппаратов.

"МНТЦ: успешный проект. Наклонно-направленное бурение"

Джейн Чанг

***

Технология твердотельных волновых гироскопов (ТВГ), ранее используемая исключительно в навигационных системах для баллистических ракет, теперь приспосабливается к гражданским нуждам. Она, в частности, может быть использована как позиционирующая система для направленного бурения нефтяных и газовых скважин.

В рамках двух последовательно осуществленных проектов Международного научно-технического центра (МНТЦ, Москва) российские специалисты из компании «Медикон», сформированной в 1991 году из сотрудников, работавших в научно-производственном объединении электромеханики (Миасс, Челябинская область), субподрядчики Государственного ракетного центра КБ им. академика В.П. Макеева, модифицировали технологию ТВГ в целях создания навигационного устройства гражданского назначения.

Работы осуществлялись при содействии двух американских компаний — "Делко" (Delco Systems Operations, г. Санта-Барбара, штат Калифорния, США, www.delcosystems.com ) и «Литтон» (Litton Guidance & Control System/Space Operations, г. Голета, штат Калифорния, США, www.ngnavsys.com ).Такое сотрудничество, в итоге, позволило создать коммерчески жизнеспособный продукт.

Одна из крупных нефтяных сервисных компаний обратила внимание на потенциал данного продукта. Начались переговоры с компанией «Медикон» по проекту поэтапной оптимизации технологии ТВГ для применения в нефтебуровом оборудовании. Новая конструкция ТВГ позволяет удерживать направление и траекторию бурения, что позволяет сократить временные задержки, связанные с необходимостью периодического репозиционирования буровой установки. В отличие от других типов гироскопов, используемых в бурении, ТВГ резонирует с вращением, что позволяет уменьшить трение и добиться высокой точности.

Прежде чем начать совместную работу в рамках проектов МНТЦ, «Делко» и «Медикон» занимались самостоятельными разработками ТВГ-технологий. До этого момента, прежде всего из-за высокой стоимости этой технологии, ее применение ограничивалось военными и космическими областями, где выгоды обеспечиваемой ею точности перевешивали фактор дороговизны.

Однако, убрав то, что является ключевым компонентом в военной навигации — дорогостоящие и трудоемкие зубцы от резонаторов —  и применив вместо этого беззубцовый динамический резонатор, избавившись от излишней массы с помощью ионно-дробильной обработки, удалось получить малогабаритную модель ТВГ, сохранив превосходные характеристики прибора при более простых динамических алгоритмах, значительно сократив производственные издержки.

Кроме того, современные методы металлообработки позволяют обеспечить применение ТВГ в условиях экстремальных температурных нагрузок в бурении. Эти особенности позволяют эффективно использовать ТВГ там, где другие гироскопы сталкиваются с проблемами устойчивости от механического воздействия в силу своего большого размера или невозможности обеспечить высокую точность из-за влияния магнитного поля.

Новая конструкция гироскопа, созданная на базе конкурентоспособной технологии, сегодня готова к выходу на рынок продукции гражданского назначения.

Осуществление первого из двух проектов МНТЦ по разработке ТВГ началось в декабре 1994 года. Проект, носивший название "Оптимизация характеристик недорогого резонатора для небольших коммерческих навигационных систем", был реализован за 39 месяцев при финансовой поддержке США (Соединенные Штаты Америки являются одной из стран-основателей этой международной организации). Российские ученые из НПП «Медикон», под руководством менеджера проекта д-ра Бодгана Бодунова, в тесном сотрудничестве со своими американскими коллегами из «Делко», спроектировали значительно меньших размеров (диаметром 40 мм вместо 60 мм) резонатор для ТВГ, с сохранением относительно высокой точности устройства при меньшем весе и низком энергопотреблении. В первом проекте принимал участие 21 специалист из НПП «Медикон». Эти бывшие «оружейные» ученые и инженеры (бывшие специалисты в области ракетных технологий) стали таким образом приспосабливать свое военное «ноу-хау» к гражданской сфере применения, получая гранты за выполненную работу.

Спустя немногим более трех лет, ученые разработали практически готовое рыночное изделие, и понадобилось дополнительное 18-месячное финансирование, чтобы вывести технологию ТВГ на уровень коммерциализации. Последующий проект, носивший название «Недорогой резонатор для небольших коммерческих навигационных систем», реализованный также под руководством менеджера проекта д-ра Б. Бодунова, начался в мае 1998 года. На этот раз работы велись в сотрудничестве с другой американской компанией, «Литтон».

Сотрудничество с этой компанией доказало важность такого взаимодействия для достижения коммерческого успеха данной технологии. Отладив дизайн и метод балансировки резонаторов ТВГ, на втором этапе необходимо было решить задачу снижения затрат на его производство без потери лучших качеств самого гироскопа. Исследователи, в число которых вошли 17 бывших экспертов в области ракетных технологий, сосредоточились на решении двух задач, связанных с удешевлением элементов, входящих в состав резонатора — оплавленного кварцевого компонента и процесса металлизаци.

***

Сначала они выяснили критерии, необходимые для оптимального выбора и проверки качества различных типов оплавленного кварца при различных условиях (температура, частота). Затем они изучили различные процессы металлизации резонатора, пытаясь найти те, которые бы не нарушали критической балансировки резонаторов и не снижали его точности. В широком спектре температур были опробованы различные вариации типов металлов для покрытия, а также сама технология металлизации. Эти исследования представили множество данных, необходимых для оптимизации процесса металлизации в определенных условиях. Например, ТВГ-устройства для спутниковых систем, подверженных воздействию низких температур и сильной радиации, будут иметь иные требования по сравнению с ТВГ для позиционирующей системы направленного бурения, которая работает в условиях высоких температур и низкой радиации.

Подходы, разработанные в рамках обоих проектов МНТЦ, были запатентованы в России и других странах. Общий размер финансирования этих двух проектов составил $616 тыс. Эти средства были освоены почти за 5 лет. Из этой суммы $375 тыс. составили грантовые выплаты российской команде исследователей.

К работам, наряду с многочисленными научными специалистами и поддерживающим персоналом, были привлечены 38 бывших «оружейных» ученых и инженеров. Это позволило создать фонд поддержки перспективных исследований этих российских ученых.

Как следует из названий двух описанных выше проектов МНТЦ, заложивших основу для применения ТВГ в направленном бурении, первоначально команда исследователей ориентировалась на коммерческое применение инновационной технологии ТВГ в авиации. «Авиаприбор», ключевой поставщик главной российской авиакомпании «Аэрофлот», недавно вел переговоры по контракту с НПП «Медикон» в отношении набора балансиров для резонаторов ТВГ, которые бы отвечали требованиям гражданской авиации.

Очевидно, что ТВГ, разработанный в рамках проектов МНТЦ, доказывает свои преимущества, будучи примером разработки инновационной технологии, интересной для широкого коммерческого применения.

Технология ТВГ — только одна из многих современных технологий, разработанных или разрабатываемых в рамках проектов МНТЦ для нефтегазовой отрасли. Существует большое число проектов, результаты которых также могут быть применены в нефтегазовой отрасли. Вот некоторые технические области, где МНТЦ в настоящее время работает:

• направленное бурение;
• разработка программного обеспечения;
• новые материалы для трубопроводов
• биоремидиация
• газовые утечки (предотвращение, обнаружение, оценка, ответные действия);
• совершенствование нефтедобычи;
• экологическое воздействие/безопасность и очистка.

Для получения более подробной информации о текущей деятельности МНТЦ в нефтяном и газовом секторах экономики, а также о возможности начала вашего собственного сотрудничества с талантливыми учеными из России/СНГ, вы можете узнать, связавшись с любым из следующих сотрудников департамента партнерства и экономической независимости МНТЦ:

• Джейн Чанг, технический консультант, тел. (495) 797-44-64, chung@istc.ru
• Анна-Мари Дальгаард, менеджер группы программы партнерства, тел. (495) 797-60-24, dalgaard@istc.ru
• Дейв Рич, менеджер по коммерциализации, тел. (495) 797-85-49, rich@istc.ru